CN102513343A - 用于修复有机物污染土壤的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于修复有机物污染土壤的处理系统，其包括：空气支撑膜结构单元、气体收集单元、尾气处理单元、检测单元和控制单元，其中，气体收集单元与空气支撑膜结构单元相连接，对有机物污染土壤挥发出的废气进行收集；尾气处理单元与气体收集单元相连接，对传送来的废气进行处理；检测单元设置在空气支撑膜结构单元内，当检测到其内的有毒有害物质的浓度超过设定预警值时发出报警；控制单元，分别与气体收集单元、尾气处理单元和检测单元相连接，根据检测单元传来的报警信号启动气体收集单元和尾气处理单元。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理领域，具体而言，涉及一种用于修复有机物污染土壤的处理系统。
背景技术
在我国，由于工业化进程加快，受污染的土壤面积也逐渐增加。城市化进程的加快促进了原有土地功能的转变，然而这些场地存在的污染问题影响了再开发利用。这些污染场地表现出类型多、污染源复杂、危害面广等特点，在进行污染场地修复与开发利用时，由于缺乏适用、经济、高效的污染场地修复工艺，土地的开发利用遭遇瓶颈。
污染企业搬迁引发的环境污染事故和人体健康伤害事件在全国各地时有发生，已经成为城市土地开发引发环境纠纷的主要因素之一，修复有机物污染土壤已成为我国当前环境修复领域的一项迫切任务。
在我国适用于大规模工程的污染土壤的修复设施较少，且大多采用钢结构搭建，此结构密闭性差，易对周围环境造成二次污染；钢结构内部承重柱布置紧密，施工机械作业空间受限，修复效率较低；现场安装及拆卸时间长，且成本较高。
膜结构建筑是20世纪中期发展起来一种新型建筑结构形式，被誉为现代高科技建筑和21世纪的建筑，主要应用于农业设施，如温室大棚等；体育健身设施，如运动场、体育馆等。
发明内容
本发明提供一种用于修复有机物污染土壤的处理系统，用以提高土壤的修复效率并降低成本。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于修复有机物污染土壤的处理系统，其包括：空气支撑膜结构单元、气体收集单元、尾气处理单元、检测单元和控制单元，其中
空气支撑膜结构单元为具有密封物流门的密闭结构，其内设置有翻抛机械，用于对运输至其内的有机物污染的土壤进行翻抛处理，促进土壤中有机污染物的挥发；
气体收集单元包括第一排风管道、第一引风机、第二排风管道和第二引风机，第一排风管道和第一引风机设置在空气支撑膜结构单元的顶部，在第一引风机的作用下，通过第一排风管道将密度小于空气密度的废气排出，第二排风管道和第二引风机设置在空气支撑膜结构单元的底部，在第二引风机的作用下，通过第二排风管道将密度大于空气密度的废气排出；
尾气处理单元包括除尘器和活性炭吸附设备，除尘器的输入口分别与第一排风管道和第二排风管道相连接，活性炭吸附设备的输入口与除尘器的输出口相连接，活性炭吸附设备对经除尘器除尘后的废气进行吸附；
检测单元设置在空气支撑膜结构单元内并与控制单元相连接，检测其内的有毒有害物质的浓度，当检测的有毒有害物质的浓度超过设定的报警值时，发出第一报警信号并发送至控制单元；
控制单元分别与第一引风机、第二引风机相连接，根据第一报警信号及时启动第一引风机、第二引风机、除尘器和活性炭吸附设备。
较佳的，空气支撑膜结构单元的底部为设定厚度的抗渗混凝土层，空气支撑膜结构单元的膜材为具有表面涂层的聚偏氟乙烯。
较佳的，空气支撑膜结构单元内设置有充气装置，充气装置与控制单元相连接。
较佳的，控制单元所在的控制室内设置有异地充气控制按钮，与充气装置相连接。
较佳的，活性炭吸附设备包括废气入口、过滤模块、吸附模块、防爆排风机和排气筒，其中
废气入口与除尘器的出口相连接，过滤模块、吸附模块、防爆排风机依次设置在废气入口之后，排气筒设置在防爆排风机的上方，防爆排风机与控制单元相连接，将经过滤、吸附后的气体通过排气筒达标排出。
较佳的，吸附模块为分层抽屉式结构，活性炭分别放置在抽屉内，吸附模块内设置有活性炭饱和测定仪，当活性炭饱和测定仪检测到吸附模块内的活性炭饱和后发出第二警报。
较佳的，控制单元所在的控制室内设置有异地排风控制按钮，与防爆排风机相连接。
较佳的，控制单元所在的控制室内设置有异地引风控制按钮，分别与第一引风机和第二引风机相连接。
较佳的，空气支撑膜结构单元内设置有监控装置，并将监控录像传送至控制室内。
与现有有机物污染土壤处理设施相比，本发明密闭性较好，施工作业方便，工艺系统更为简单，安装及拆卸周期较短，运行及维护成本较低，且安全防护性能较强。与以往只适用于实验室小试或中试的修复技术相比，更适用于污染土壤土方量较大的实际工程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a和图1b为本发明一实施例的用于修复有机物污染土壤的处理系统示意图；
图2为图1实施例中空气支撑膜结构单元的侧立面图；
图3为图1实施例中空气支撑膜结构单元的剖面图；
图4为图1实施例中空气支撑膜结构单元的平面图；
图5为图1实施例中空气支撑膜结构单元的轴测图；
图6为本发明一实施例的铝合金锚固装置固定多功能膜材的示意图；
图7为根据本发明第二实施例的土壤中污染物芘残留率随时间的变化趋势图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1a和图1b为本发明一实施例的用于修复有机物污染土壤的处理系统示意图；如图所示，该处理系统包括：空气支撑膜结构单元A、气体收集单元B、尾气处理单元C、检测单元和控制单元(图中未示出)，其中
空气支撑膜结构单元A为具有密封物流门的密闭结构，其内设置有翻抛机械，用于对运输至其内的有机物污染的土壤进行翻抛处理，促进土壤中有机污染物的挥发；
气体收集单元B包括第一排风管道、第一引风机、第二排风管道和第二引风机，第一排风管道和第一引风机设置在空气支撑膜结构单元A的顶部，在第一引风机的作用下，通过第一排风管道将密度小于空气密度的废气排出，第二排风管道和第二引风机设置在空气支撑膜结构单元A的底部，在第二引风机的作用下，通过第二排风管道将密度大于空气密度的废气排出；
尾气处理单元C包括除尘器和活性炭吸附设备，除尘器的输入口(2)分别与第一排风管道(1)和第二排风管道相连接，活性炭吸附设备的输入口与除尘器的输出口相连接，活性炭吸附设备对经除尘器除尘后的废气进行吸附；
检测单元设置在空气支撑膜结构单元A内并与控制单元相连接，检测其内的有毒有害物质的浓度，当检测的有毒有害物质的浓度超过设定的报警值时，发出第一报警信号并发送至控制单元；
控制单元分别与第一引风机、第二引风机相连接，根据第一报警信号及时启动第一引风机、第二引风机、除尘器和活性炭吸附设备。
在本实施例中，当空气支撑膜结构单元A内有毒有害物质浓度达到检测单元的报警值时，即会发生自动报警并将信号传输至控制单元，进而启动排风机强制排风，通过以上措施有效的保证了作业人员的劳动环境安全。
上述排风管道可采用重量轻、耐酸碱、耐腐蚀材质制作而成，能够与空气支撑膜结构单元A进行较好的连接，密闭性好。
上述检测单元按照GBZ 1-2010《工业企业设计卫生标准》中6.1.6及GBZ2.1-2007《工业场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》设计。当有毒有害物质浓度达到报警值时，即会发生自动报警，操作人员可以通过 异地控制按钮启动排风机强制排风，通过以上措施有效的保证了空气支撑膜结构单元A内的作业人员的劳动环境安全。
图2为图1实施例中空气支撑膜结构单元的侧立面图；图3为图1实施例中空气支撑膜结构单元的剖面图；图4为图1实施例中空气支撑膜结构单元的平面图；图5为图1实施例中空气支撑膜结构单元的轴测图；如图所示，空气支撑膜结构单元A包括：多功能膜材1，可选为具有表面涂层的聚偏氟乙烯；铝合金锚固装置2用于固定多功能膜材的膜面周围边缘；抗渗混凝土地面3，其厚度根据具体情况而定。对膜结构内加压使膜面鼓起至设计空间曲面，保持内外压差使膜面受压以保证刚度，从而维持形态并抵抗荷载。
图6为本发明一实施例的铝合金锚固装置固定多功能膜材的示意图；如图所示，铝合金锚固装置包括角钢10和螺栓11，通过角钢10和螺栓11相配合将多功能膜材1固定在混凝土抗渗地面3上。
以下为本发明一实施例的空气支撑膜结构单元A的技术参数：长、宽与高(最高点)分别为100m、50m与30m，封闭区域总面积5000m2，地面采用250mm厚抗渗混凝土地面，压力控制范围200-3000Pa，结构抗雪荷载≥97.5kg/m2，抗风能力≥480N/m2。
空气支撑膜结构单元A可设有2个密闭双层物流门4，大门宽5m，可保证大型机械设备的进出。通过膜内外压力差形成建筑结构，内部无任何梁柱有效增加了使用面积方便机械设备的运行。在空气支撑膜结构单元A规划好内部交通组织路线，确保车辆能够快速进出，有效的提高了修复效率。
空气支撑膜结构单元A的多功能膜膜材为表面涂层的聚偏氟乙烯(PVDF)，此膜材具有良好的透光率(10％-20％)，膜内部空间白天可以得到自然的漫反射日光，提高空气支撑膜结构单元A内部的温度，有效的促进土壤的挥发速率。膜材的基层织物重量轻，其重量只是传统建筑材料的三十分之一。具有很高的机械强度，拉伸强度相当于钢材的一半，长期受力不会 出现明显的应力松弛或蠕变，寿命长。空气支撑膜结构单元A能够拆卸，现场安装时间短且易于搬迁。
上述密闭双层物流门还可设置防撞设施5，以及2个安全门6和1个旋转门7，以便现场操作人员进出。
如图3所示，空气支撑膜结构单元A内还设置有充气装置E，充气装置与控制单元相连接。
例如，控制单元所在的控制室内设置有异地充气控制按钮，与充气装置相连接，以便及时对空气支撑膜结构单元A内进行充气，保证膜结构内气量充足。
其中除尘器为现有技术，其包括除尘室、过滤单元、贮气包、电磁脉冲阀、脉冲控制仪、净气室、集灰斗、钢架平台。除尘器工作原理为含尘气体由顶部入口进入除尘器，并通过滤芯。在此过程中粉尘被捕集在滤芯外表面，清洁空气则经滤芯中心流出排放，达到净化目的。除尘效率为≥99.9％，能够有效的去除粉尘，避免后端吸附设备中活性炭微孔阻塞，确保有机废气最终达标排放。
例如，活性炭吸附设备包括废气入口、过滤模块、吸附模块、防爆排风机和排气筒，其中
废气入口与除尘器的出口相连接，过滤模块、吸附模块、防爆排风机依次设置在废气入口之后，排气筒设置在防爆排风机的上方，防爆排风机与控制单元相连接，将经过滤、吸附后的气体通过排气筒达标排出。
过滤模块分为三层，根据其过滤效果分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。
为便于对活性炭进行更换，吸附模块为分层抽屉式结构，活性炭分别放置在抽屉内，缩短了操作时间，提高了吸附效率。
吸附模块内还设置有活性炭饱和测定仪，当吸附单元内活性炭吸附饱和后，活性炭饱和测定仪即会发生报警，及时提醒工作人员更换活性炭，有效的保证了吸附效果。
例如，为使防爆排风机时时启动，控制单元所在的控制室内设置有异地排风控制按钮，与防爆排风机相连接，以保证尾气达标排放。
例如，控制单元所在的控制室内设置有异地引风控制按钮，分别与第一引风机和第二引风机相连接，以控制其强制排风，保证膜结构系统内的废气及时排至尾气处理单元C。
例如，空气支撑膜结构单元A内设置有监控装置，并将监控录像传送至控制室内。监控人员在控制室内可时时观察膜结构单元内部的机械作业及人员情况，有效的保证了修复作业的顺利实施，提高了修复效率。
采用上述实施例对土壤进行修复的原理如下：
封闭运输车将污染土壤运至空气支撑膜结构单元A的密闭双层物流门处，由工作人员通过按动控制系统逐一启动密闭双层物流门后，将污染土壤倾倒至规定位置，通过施工机械将污染土壤堆积成条垛状，随后，利用翻抛机械对土壤进行翻抛处理，反复充分的深翻便于提高有机污染物的挥发速率，经修复后的土壤便可达到预定的修复目标。土壤中挥发出的废气经引风机集中收集并通过排风管道输送至尾气处理单元C。
废气经收集后首先进入除尘器得以有效的去除粉尘，随后进入活性炭吸附设备，依次通过初效过滤器、中效过滤器及高效过滤器完全过滤后进入活性炭吸附模块，吸附净化后的气体由防爆排风机引致排气筒最终达标排放。工作人员可通过监控系统随时观察空气支撑膜结构单元A内的修复情况，保证修复作业的顺利实施。
以下为本发明的第一优选实施例：
首先封闭运输车将清挖后的污染土壤运至空气支撑膜结构单元A的密闭双层物流门处，工作人员通过监控系统观察后随即启动控制系统，启动第一道密闭物流门，运输车辆进入缓冲区域后第一道密闭物流门关闭；随后开启第二道密闭物流门，运输车辆进入膜结构单元A内部后第二道物流门关闭，此设计保障膜结构系统内的污染物不会随着物流门的开启而挥发至大气中，有效防止二次污染的发生。
依据翻抛机械的规格及便于其运行在空气支撑膜结构单元A内已规划好堆放区域，运输车将污染土壤倾倒至规定位置，通过施工机械将污染土壤堆积成规则的条垛状，便于翻抛机械进行翻抛作业，有效的提高了修复效率。每个条垛底部宽3米，顶部宽2米，堆放高度为1.5米，间距1米，长度80米，每个场所内共堆积条垛10个，共修复有机物污染土壤约3000立方米。在膜结构内通过翻抛机械进行翻抛处理，频次为每2小时1次，经翻抛处理后的土壤颗粒均匀分散至2毫米左右，有效的增加了污染土壤的表面积，提高了吸附在土壤颗粒表面的有机污染物的挥发效率。
修复后土壤经封闭运输车运至修复后土壤堆放场，并采取有效的保护措施防止土壤被交叉污染，待验收合格后进行回填。在空气支撑膜结构单元A上部设置气体收集单元B，对土壤中挥发出的废气进行时时收集，并输送至尾气处理单元C，净化排风量为45000m3/h，换气频次为2小时/次。废气经收集后首先进入除尘器得以有效的去除粉尘，避免后端吸附设备中活性炭微孔阻塞，除尘效率可达≥99.9％。随后进入活性炭吸附设备，首先进入过滤段，依次通过初效过滤器、中效过滤器及高效过滤器，过滤效率≥95％。废气经过滤后进入活性炭吸附单元进行吸附净化，净化效率≥99.9％，净化后气体由防爆排风机引致排气筒最终达标排放。
使用本实施例修复氯乙烯污染土壤，经过24-48小时的修复，污染土壤便可达到预定的修复目标，修复效率达到99.99％以上。土壤中挥发出的废气 经气体收集单元B后进入尾气处理单元C进行除尘及吸附净化，净化后气体由防爆风机引致排气筒最终达标排放。
以下为本发明的第二优选实施例：
首先封闭运输车将清挖后的污染土壤运至空气支撑膜结构单元A的密闭双层物流门处，工作人员通过监控系统观察后随即启动控制系统，启动第一道密闭物流门，运输车辆进入缓冲区域后第一道密闭物流门关闭；随后开启第二道密闭物流门，运输车辆进入膜结构单元内部后第二道物流门关闭，此设计保障膜结构系统内的污染物不会随着物流门的开启而挥发至大气中，有效防止二次污染的发生。
依据翻抛机械的规格及便于其运行在空气支撑膜结构单元A内已规划好堆放区域，运输车将污染土壤倾倒至规定位置，通过施工机械将污染土壤堆积成规则的条垛状，便于翻抛机械进行翻抛作业，有效的提高了修复效率，向土壤中投加一种高效降解菌剂，用来强化土壤翻抛效果。每个条垛底部宽3米，顶部宽2米，堆放高度为1.5米，间距1米，长度80米，每个场所内共堆积条垛10个，共修复有机物污染土壤约3000立方米。在膜结构内通过翻抛机械进行翻抛处理，频次为每4小时1次，经翻抛处理后的土壤颗粒均匀分散至2毫米左右，有效的增加了污染土壤的表面积，提高了吸附在土壤颗粒表面的有机污染物的挥发效率。修复后土壤经封闭运输车运至修复后土壤堆放场，采取有效的保护措施防止土壤被交叉污染，待验收合格后进行回填。在空气支撑膜结构单元A上部设置气体收集单元B，对土壤中挥发出的废气进行时时收集，并输送至尾气处理单元C，净化排风量为45000m3/h，换气频次为2小时/次。废气经收集后首先进入除尘器得以有效的去除粉尘，避免后端吸附设备中活性炭微孔阻塞，除尘效率可达≥99.9％。随后进入活性炭吸附设备，首先进入过滤单元，依次通过初效过滤器、中效过滤器及高效过滤器，过滤效率≥95％。废气经过滤后进入吸附单元进行吸附净化，净化效率 ≥99.9％，净化后气体由防爆排风机引致排气筒最终达标排放。
图7为根据本发明第二实施例的土壤中污染物芘残留率随时间的变化趋势图。图中横轴表示时间(天)，纵轴为残留率(％)。使用本实施例修复芘污染土壤，并向土壤中投加一种高效降解菌剂，经过60-100天的强化修复，污染土壤便可达到预定的修复目标，修复效率达到80％以上。土壤中挥发出的废气经气体收集单元B后进入尾气处理单元C进行除尘及吸附净化，净化后气体由防爆风机引致排气筒最终达标排放。
从上述描述中可以看出，本发明实现了以下有益效果：
与现有有机物污染土壤处理设施相比，本发明密闭性较好，施工作业方便，工艺系统更为简单，安装及拆卸周期较短，运行及维护成本较低，且安全防护性能较强。与以往只适用于实验室小试或中试的修复技术相比，更适用于污染土壤土方量较大的实际工程。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于修复有机物污染土壤的处理系统，其特征在于，包括：空气支撑膜结构单元、气体收集单元、尾气处理单元、检测单元和控制单元，其中
所述空气支撑膜结构单元为具有密封物流门的密闭结构，其内设置有翻抛机械，用于对运输至其内的有机物污染的土壤进行翻抛处理，促进土壤中有机污染物的挥发；
所述气体收集单元包括第一排风管道、第一引风机、第二排风管道和第二引风机，所述第一排风管道和所述第一引风机设置在所述空气支撑膜结构单元的顶部，在所述第一引风机的作用下，通过所述第一排风管道将密度小于空气密度的废气排出，所述第二排风管道和所述第二引风机设置在所述空气支撑膜结构单元的底部，在所述第二引风机的作用下，通过所述第二排风管道将密度大于空气密度的废气排出；
所述尾气处理单元包括除尘器和活性炭吸附设备，所述除尘器的输入口分别与所述第一排风管道和所述第二排风管道相连接，所述活性炭吸附设备的输入口与所述除尘器的输出口相连接，所述活性炭吸附设备对经所述除尘器除尘后的废气进行吸附；
所述检测单元设置在所述空气支撑膜结构单元内，并与所述控制单元相连接，检测其内的有毒有害物质的浓度，当检测的有毒有害物质的浓度超过设定的报警值时，发出第一报警信号并发送至所述控制单元；
所述控制单元分别与所述第一引风机、所述第二引风机相连接，根据所述第一报警信号及时启动所述第一引风机、所述第二引风机、所述除尘器和所述活性炭吸附设备。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述空气支撑膜结构单元的底部为设定厚度的抗渗混凝土层，所述空气支撑膜结构单元的膜材为具有表面涂层的聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述空气支撑膜结构单元内设置有充气装置，所述充气装置与所述控制单元相连接。
4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述控制单元所在的控制室内设置有异地充气控制按钮，与所述充气装置相连接。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述活性炭吸附设备包括废气入口、过滤模块、吸附模块、防爆排风机和排气筒，其中
所述废气入口与所述除尘器的出口相连接，所述过滤模块、所述吸附模块、所述防爆排风机依次设置在所述废气入口之后，所述排气筒设置在所述防爆排风机的上方，所述防爆排风机与所述控制单元相连接，将经过滤、吸附后的气体通过所述排气筒达标排出。
6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述吸附模块为分层抽屉式结构，活性炭分别放置在抽屉内，所述吸附模块内设置有活性炭饱和测定仪，当所述活性炭饱和测定仪检测到所述吸附模块内的活性炭饱和后发出第二警报。
7.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述控制单元所在的控制室内设置有异地排风控制按钮，与所述防爆排风机相连接。
8.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述控制单元所在的控制室内设置有异地引风控制按钮，分别与所述第一引风机和所述第二引风机相连接。
9.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述空气支撑膜结构单元内设置有监控装置，并将监控录像传送至控制室内。
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